三維虛擬礦床地質仿真平臺的開發與建設

韓秀梅，趙慶英，張建民

1.中國地質大學地球科學與資源學院，北京100083；2.吉林大學地球科學學院，吉林長春130026；3.中通國脈通信股份有限公司，吉林長春130012

三維虛擬礦床地質仿真平臺的開發與建設

韓秀梅1，2，趙慶英2，張建民3

1.中國地質大學地球科學與資源學院，北京100083；2.吉林大學地球科學學院，吉林長春130026；3.中通國脈通信股份有限公司，吉林長春130012

利用網絡技術、數據庫技術、VR技術建立開發典型礦床的綜合資料庫及典型礦床三維動態仿真模塊，將典型礦床地質模型搬至網絡上.以吉林大學虛擬仿真項目為依托，設計并開發了基于Web的礦床資料庫與虛擬礦床地質仿真系統.仿真演示的主要功能是將理想成礦模式過程動態地展示給大家.以往的展示只是平面的圖片，缺乏立體感.將礦床的形成過程三維立體仿真再現，使人們較直觀地了解其地質內涵.用戶通過網絡漫游對典型礦床的海量數據進行研究，改變傳統礦床地質信息的可視性.

三維礦床；仿真技術；動態模擬；成礦模式；數據庫

0 引言

目前，國內外許多GIS專家對各類礦床的海量數據管理與成礦模式的建模進行了一系列研究，并且已漸成系統.但這些研究大多集中于某一個特定礦床，礦床地質數據庫的設計不具有保密性、通用性和可移植性.本研究以吉林大學虛擬仿真子項目為依托，利用空間數據庫技術對空間實體的位置、形狀、大小及分布特征等諸多方面的信息進行管理，將傳統數據庫技術與空間數據庫技術進行完美結合，建立并開發了典型礦床的綜合資料庫，利用三維建模及VR技術在多維信息空間上創建一個虛擬信息環境［1］，生成逼真的三維視圖，使參與者不僅具有身臨其境的感覺，還可以查詢瀏覽以及分析礦床的形成過程，輔助用戶進行分析、評價、規劃和決策［2-4］.利用Web 2.0技術的反應快、交互性強及容易傳播的特性，簡化并改進了Web應用程序的用戶交互［5-6］，減輕服務器的負擔，節約空間和服務器成本，減少了網絡延遲帶給用戶體驗的不方便，使用戶的Web操作如同對于桌面應用程序操作般反應快捷［7-8］.

1 虛擬礦床地質仿真系統的總體方案

虛擬礦床地質仿真系統的總體框架給出了虛擬礦床地質仿真平臺數據管理的功能范圍、應用模式和情形，以及系統涉及的用戶和相互間的關系.從整體上，礦床地質虛擬仿真系統數據服務分為兩部分：一部分位于互聯網，主要面向公眾、教育機構等用戶，以提供綜合信息服務為主；另一部分針對內部提供信息服務功能.兩部分之間通過安全隔離的方式實現數據共享.在互聯網上建設服務網站，為公眾、教育機構提供網上信息查詢服務，包含典型礦床的綜合資料（已公開）查詢，典型礦床的三維模型展示，此功能由典型礦床的綜合資料庫（開放部分）與典型礦床動態仿真模塊（開放部分）來完成.虛擬礦床地質仿真系統的專網上建設內部門戶，其中內部門戶是系統的統一入口，是被授權的內部人員訪問內部資源的渠道與橋梁，不同用戶具有不同的權限.從應用架構角度看，系統總體采用三層應用架構，并在部分系統中針對不同的應用情形采取不同的應用架構.本系統基于統一的基礎應用開發平臺搭建，分別部署在專網和互聯網.

2 成礦模擬思路與技術路線

設計了玢巖鐵礦、斑巖型銅鉬礦床、火山塊狀硫化物礦床、火山熱液礦床、巖漿分解礦床和巖漿熔離礦床的理想成礦模式［9-11］，根據不同礦床的活動特點進行建模和制作動畫效果［12-13］.

仿真演示模塊的主要功能是將理想成礦模式過程動態地展示給大家.我們以往看到的只是平面的圖片，沒有立體感.實現典型礦床的成礦動態模擬可以重現成礦過程，使人們較直觀地了解其地質內涵［14］.

2.1 應用軟件介紹

系統開發使用了3D Max軟件進行三維模型的開發.3D Max是動畫制作軟件中的佼佼者［15］，應用范圍廣，包括影視制作、廣告動畫、建筑效果圖、室內效果圖、模擬產品造型設計和工藝設計、多媒體制作、輔助教學以及工程可視化等領域.Adobe Premiere是一款常用的視頻編輯軟件，編輯畫面質量好，有較好的兼容性，且可以與很多軟件相互協作，是國內專業視頻編輯公認的首選軟件［16］.

2.2 技術流程與實現

系統設計了6個典型礦床的理想成礦模式的三維演示，在3D Max中建立礦床主體巖層、斷裂、圍巖等三維模型，在靜態模型的基礎上完成動態模型的制作，調用V-Ray進行渲染，最后對生成的動畫進行視頻合成處理，利用后期軟件（Premiere）對動畫進行合成（圖1），在渲染時要設置“幀速”和動畫文件格式［16］.

圖1 技術路線圖Fig.1 Technology roadmap

最終無論是avi格式還是mpeg格式的文件在系統中都是以獨立可執行文件的方式存儲在指定目錄下，選擇仿真演示功能菜單下任意的礦床模型按鈕出現仿真演示播放方式選擇窗口，詢問用戶是選擇在線播放即點擊播放還是下載播放.之所以設計兩種播放方式，是由于三維可執行文件對數據空間的要求制約了其在互聯網上的運行速度與效果.礦床成礦理想模型的播放窗口見圖2.

3 數據庫設計

由于地質數據的特殊性與復雜性，系統根據數據管理需求設計了3類數據庫，分別為基礎數據庫、空間數據庫、共享數據庫.基礎數據庫用于對典型礦床的綜合資料（礦床類型、礦區地質特征、礦體特征、圍巖蝕變、成礦階段、礦石特征、同位素特征、成礦物理化學條件、礦床成因等信息）進行存儲、查詢、刪除等數據管理；空間數據庫用于對于矢量數據進行管理；共享數據庫用于管理對外公開的數據信息，可以與基礎數據庫、空間數據庫進行數據交換.

基礎數據庫中包含有礦床基本情況表與礦區地質情況表，空間數據庫中的礦產空間數據表為圖形文件（*.wt），其屬性結構與屬性內容通過關鍵字段“礦床編號”對應礦床基本情況表，通過關鍵字段將基礎數據與空間數據庫的原始資料有機地結合［17］.圖3為數據交換結構表格，圖4為數據查詢輸出頁面顯示.

圖3 數據交換結構表Fig.3 Data exchange structure

4 結論

礦床地質的研究需要一個多維的信息空間.我們將虛擬現實與網絡技術、數據庫技術相結合將礦床地質的各類海量數據信息進行科學的管理，創建仿真的地貌形態，以交互方式再現，使觀察者可以任意控制顯示方式，詳細分析論證，反復觀察，為更加透徹清晰地了解典型礦床的礦床信息和成礦模式提供了幫助，達到了良好的效果.

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圖4 數據查詢輸出結果Fig.4 Data query output result

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DEVELOPMENT AND CONSTRUCTION OF VIRTUAL THREE-DIMENSIONAL PLATFORM FOR MINERAL DEPOSITS

HAN Xiu-mei1,2,ZHAO Qing-yin2,ZHANG Jian-min3
1.School of Earth Sciences and Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China; 2.College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130026,China;3.Zhongtong Guomai Communication Co.,Ltd.,Changchun 130012,China

Adopting network,database and VR technologies,this research develops a comprehensive database of typical deposits and three-dimensional dynamic simulation modules of typical deposits,which move typical geological model to network.The research,relying on the virtual simulation project of Jilin University,designs and develops a Web-based simulation system for virtual deposits.The main function of the simulation demonstration is to realize the dynamic show of the ideal metallogenic mode process,providing people more direct understanding of the geological meaning.Users can study the huge amount of data of typical deposits from the network.The system has changed the traditional way of information visibility and geological information management of ore deposits.

three-dimensional ore deposit;simulation technology;dynamic simulation;metallogenic model;database

1671-1947（2016）03-0301-04

P628

A

2015－10－21；

2016-01-05.編輯：張哲.

吉林大學虛擬礦床地質實驗項目（編號VE2014004）；興城基地實踐教學研究項目（編號PB2014006）.

韓秀梅（1975—），女，高級工程師，在讀博士生，中國地質大學（北京）地球探測與信息技術專業，從事數字地質研究，通信地址吉林省長春市建設街2199號208-2,E-mail//hanxm@jlu.edu.cn